基于CAN总线的工业数字指令电话系统的研制
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在工业现场、交通、电力系统等调度环境中,常常产生进行语音指挥调度、联络、监控等需求。而大多数语音通信系统都是基于传统的电路交换技术、路由技术及公众交换电话网PSTN。传统的语音通信系统存在各类缺陷:当节点很多时,所需设置的地址数目就会很庞大,给设计者带来很大的工作量;因元器件种类繁多,电缆数量大,给维护带来了繁重的负担;语音压缩比小或无,则浪费带宽;通信模式单一,无法满足多种要求。实际研发使用中往往造成系统开发复杂,制造、维护成本高等弊端。CAN总线作为有效支持分布式控制的多主串行现场总线之一,以其通讯硬件接口简单、通讯介质选择灵活、价格低等特点而被受现场设备互连的青睐,广泛应用于汽车自动化、楼宇自控、工业控制等领域。CAN总线主要工作在数据链路层和物理层,是一种全数字化、双向和多主的现场总线。由于CAN总线具有较强的纠错能力、传输距离较远、传输速度快、抗干扰能力强等特点,所以实现由CAN总线构成的语音通信系统具有较强的实际意义。目前,基于CAN总线的语音通信系统的应用研究正处于起始阶段。在此基础上,本文论述了一种应用于工业指挥调度现场的基于CAN总线的数字指令电话系统的研制。文章在详细介绍了CAN总线技术以及语音编解码原理的基础上,利用排队论理论对CAN总线上的数据传输进行建模分析,并利用分析结果指导系统的参数设置。硬件上,系统以工业级ARM9芯片AT91SAM9260为主控制器,搭载语音编解码模块和语音压缩模块,完成语音的数字化处理;通过控制CAN接口模块,完成系统到CAN总线网络的连接;再辅助以按键、显示、存储、RTC等模块,构建了一个以ARM9为核心的多功能指令电话硬件环境。软件上,在移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的基础上,通过系统通信协议设计、状态机设计以及任务划分等步骤来完成系统应用软件的设计。本文在前半部分介绍了系统的技术原理,后半部分详细阐述了软硬件的设计及系统的测试。测试结果表明,本系统稳定可靠,达到了设计预期。
摘要 | 第3-4页 |
ABSTRACT | 第4-5页 |
1 绪论 | 第9-13页 |
1.1 引言 | 第9-10页 |
1.2 国内外研究及发展状况 | 第10-11页 |
1.3 课题的提出及意义 | 第11-12页 |
1.4 课题主要工作 | 第12-13页 |
1.4.1 主要研究内容 | 第12页 |
1.4.2 文章章节安排 | 第12-13页 |
2 技术原理介绍及方案确定 | 第13-29页 |
2.1 CAN 总线技术介绍 | 第13-19页 |
2.1.1 CAN 节点的层次结构 | 第13-14页 |
2.1.2 基本概念 | 第14-15页 |
2.1.3 报文传输 | 第15-17页 |
2.1.4 报文滤波 | 第17-18页 |
2.1.5 报文校验 | 第18页 |
2.1.6 编码 | 第18页 |
2.1.7 错误处理 | 第18-19页 |
2.1.8 故障界定 | 第19页 |
2.2 语音编解码技术 | 第19-22页 |
2.2.1 语音的数字化过程 | 第19-20页 |
2.2.2 语音编解码技术 | 第20-22页 |
2.2.3 语音编码器的性能评价 | 第22页 |
2.3 语音在 CAN 总线上的传输分析 | 第22-26页 |
2.3.1 排队论基础 | 第22-24页 |
2.3.2 语音在 CAN 总线上的传输分析 | 第24-26页 |
2.4 软硬件选型及方案确定 | 第26-29页 |
3 系统硬件设计 | 第29-45页 |
3.1 主控制器模块 | 第29-33页 |
3.1.1 AT91SAM9260 芯片介绍 | 第29页 |
3.1.2 AT91SAM9260 外围电路设计 | 第29-33页 |
3.2 CAN 接口模块 | 第33-36页 |
3.2.1 CAN 控制器 | 第33-35页 |
3.2.2 CAN 收发器 | 第35-36页 |
3.3 语音处理模块 | 第36-41页 |
3.3.1 语音编解码模块 | 第36-38页 |
3.3.2 语音压缩模块 | 第38-41页 |
3.4 其他功能模块 | 第41-45页 |
3.4.1 LCD 液晶显示模块设计 | 第41页 |
3.4.2 I2C 接口模块设计 | 第41-45页 |
4 系统软件设计 | 第45-73页 |
4.1 软件总体结构 | 第45-46页 |
4.2 开发工具 IAR 介绍 | 第46页 |
4.3 驱动软件设计 | 第46-54页 |
4.3.1 系统的启动 | 第46-48页 |
4.3.2 CAN 通信模块程序设计 | 第48-51页 |
4.3.3 语音处理 | 第51-53页 |
4.3.4 其他模块设计 | 第53-54页 |
4.4 系统通信协议设计 | 第54-59页 |
4.4.1 ID 分配 | 第54-55页 |
4.4.2 帧组成 | 第55-56页 |
4.4.3 语音通话的实现 | 第56-59页 |
4.5 应用软件设计 | 第59-73页 |
4.5.1 μC/OS-Ⅱ 简介 | 第59-61页 |
4.5.2 μC/OS-Ⅱ 移植 | 第61-63页 |
4.5.3 任务设计 | 第63-73页 |
5 系统测试与分析 | 第73-77页 |
5.1 测试方法 | 第73-74页 |
5.2 测试结果 | 第74-77页 |
6 总结与展望 | 第77-79页 |
6.1 工作总结 | 第77页 |
6.2 展望 | 第77-79页 |
致谢 | 第79-81页 |
参考文献 | 第81-85页 |
附录 | 第85-90页 |
A. 部分源代码 | 第85-89页 |
B. 部分原理图 | 第89-90页 |
C. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文题目 | 第90页 |
D. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目 | 第90页 |
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